Своим голубоватым свечением кальмар обязан бактериям, живущим в фотофорах (светящихся органах) на его коже. Из-за того что члены колонии владеют свойством к коллективному поведению, интенсивность этого свечения не зависит от количества бактерий.
Фото: William Ormerod/courtesy Margaret McFall-Ngai/UW-Madison University CommunicationsКазалосьбы, что за то время, что люди изучают бактерии, эти микробы открыли учёным все собственные секреты так как нетак много возможно утаить под объективом микроскопа. Допоследнего времени бактерии воспринимались как простые, примитивные создания, ведущие однообразную, неинтересную судьбу.
Согласно точки зрения французского генетика Франсуа Жакоба (François Jacob), единственная цель существования бактерии это спродуцировать себе подобную. Изучения последних лет, но, обосновывают, что жизнь бактерий значительно более насыщенна. Они общаются приятель свтором, занимаются любовью, а также объединяются в группы и сплачиваются против нас, людей.
Чувство кворумаПервое открытие вобласти социальной судьбе бактерий было сделано вначале 60-х годов прошлого столетия и касалось колонии светящихся бактерий Vibrio fischeri. Эти бактерии поселяются нателе кальмаров, живущих наотмелях около Гавайских островов.
Втечение жаркого дня кальмар отдыхает, зарывшись впесок дна моря, аночью отправляется наохоту. Влунном свете чёрное тело кальмара делается заметным для хищников, но бактерии, покрывающие кожу кальмара, продуцируют голубоватое свечение, похожее налунный свет. Это собственного рода маскировка.
Биолог Вудланд Хастингс (Woodland Hastings) увидел необычную вещь. Колония Vibrio fischeri встенках лаборатории удваивала собственную численность три раза в час, но количество светящегося пигмента люциферазы оставалось назаданом уровне втечение многих часов. Так, интенсивность свечения не зависила от численности. Лишь в то время, когда колония бактерий через чур разрасталась, количество люциферазы начинало слабо расти.
Какже бактерии знали, сколько пигмента создавать? Учёному стало ясно, что бактерии в состоянии оценить количество участников колонии и функционировать исходя из этого. Это умение бактерий функционировать коллективно было названо эмоцией кворума (quorum sensing).
Врач Хастингс недооценил собственное открытие, полагая, что чувство кворума свойственно лишь морским бактериям, вероятно лишь Vibrio fischeri. Студент Хастингса Кеннет Нилсон (Kenneth Nealson) пара раз пробовал напечатать работу внаучных изданиях по микробиологии, где писал о коммуникации между бактериями Vibrio fischeri. В публикациях ему отказывали, потому, что считалось, что бактерии не социальны.Но сейчас изучение мира бактерий необходится без изучений вобласти межклеточной коммуникации, апонятие чувство кворума стало одним изосновополагающих понятий современной микробиологии.
На снимке микрофотографии скопление бактерий синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa) при ботриомикозе. Фото: CDC/Dr. Lucille K. George Так, для бактерии Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка), вызывающей инфекционные болезни человека, была продемонстрирована свойство объединяться всообщества биоплёнки.
Ворганизме человека бактерии подвергаются атакам клеток иммунной совокупности&не; лейкоцитов. Найдя приближение лейкоцита, бактерия отправляет дающий предупреждение сигнал сородичам, иони совместно начинают создавать больше рамнолипидов, каковые прикрепляются к поверхности биоплёнки и разрушают лейкоциты. Врезультате колония оказывается защищённой.Данныйже феномен лежит вбазе устойчивости бактерий кантибиотикам, акроме этого вбазе патогенеза смертельных бактериальных болезней.
Так, стафилококк (Staphylococcus aureus) атакует организм несходу, поскольку производство токсина всего несколькими клетками приведёт к сильному иммунному иммунному. Разумеется, что имеет суть подождать, пока численность бактерий существенно вырастет, итогда начать атаку.
Втаковой ситуации иммунитет человека выясняется неспособным подавить бактериальный натиск, иразвиваются страшные инфекционные болезни кожи, мягких тканей, костей и суставов.Открытие бактериальной коммуникации разрешило пересмотреть нелишь базы микробиологии, ноивзоры наэволюцию судьбы.
В случае если учитывать, что бактерии первенствовали существами, заселившими Почву, делается ясно, что социальная коммуникация вовсе не появляется на протяжении эволюции живых существ на поздних стадиях, она послужила фундаментом успешного развития судьбы наотечественной планете.Как они это делают?Межклеточная сигнализация убактерий сейчас является предметом пристальных изучений, поскольку в случае если обучиться осознавать язык бактерий, товероятно укрощение многих болезней. Для обмена новыми знаниями систематично проходит специальная конференция помежклеточной сигнализации бактерий.
Сигнальными молекулами убактерий помогают химические вещества. Посути, такая сигнализация образовывает прототип феромонов учеловека.Доктора наук молекулярной биологии Бонни Басслер (Bonnie Bassler) числят среди мировых фаворитов вобласти бактериальной коммуникации. Она изучает коммуникацию возбудителя холеры (Vibrio cholerae).
Вдикой природе холерный вибрион видится вводоёмах, ижелудочно-кишечный тракт человека предоставляет другую комфортную среду обитания.Любая бактериальная клетка продуцирует сигнальные молекулы аутоиндукторы (CAI-1 иAI-2). Рецепторы наповерхности бактериальных клеток способны принимать присутствие аутоиндукторов.
При малой плотности популяции аутоиндукторов не хватает, и, как следствие, активность особенного гена hapR низка. Такое состояние разрешает холере деятельно наращивать популяцию ивырабатывать биофильм (биоплёнку).
При высокой численности клеток концентрация аутоиндукторов возрастает, что усиливает экспрессию hapR гена иведет кформированию фермента гемагглютинин протеазы. Данный фермент оказывает помощь отдельным клеткам выйти из биоплёнки: они смогут легко покинуть организм, ичеловек делается разносчиком заразы.Микрофлора полости рта в норме представлена разными видами бактерий. Кариозный процесс, другие болезни и пародонтоз появляются тогда, в то время, когда нарушается баланс микроорганизмов.
Фото (Creative Commons license): Sherman TanПримечательно, что кроме того в популяции бактериальных клеток существуют отдельные личности, каковые обожают халяву. Такие клетки входят всостав сообществ, исходя из этого пользуются всеми привилегями, но сами невносят собственную лепту в неспециализированное дело. Биолог Мартин Шустер (Martin Schuster) из Университета штата Орегон (Oregon State University) показал, что присутствие впопуляции халявщиков может оказаться настоящей катастрофой.
Для успешного развития икоммуникации бактерий Pseudomonas aeruginosa нужна питательная среда, насыщенная углеродом. По окончании развития много поколений бактерий среди них выделяется несколько любителей халявы, каковые нереагируют напривычные внешние сигналы. Всерии отдельных опытов сповышением численности халтурщиков наблюдалось замедление роста популяции бактерий.
Повсей видимости, вдикой природе существуют особенные механизмы, каковые разрешают осуществлять контроль размножение халтурщиков и, так, защищать популяцию вцелом.Коммуникация убактерий многогранна. Она стольже сложна, как ивзаимоотношения между странами. Один изсамых занимательных инеповторимых примеров это симбиоз нужных бактерий ворту человека спатогенами, каковые вызывают неприятный запах икариозный процесс.
Микрофлора полости рта человека насчитывает допятисот видов бактерий. Развитие целых поколений этих бактерий определяется частотой ежедневных гигиенических процедур полости рта. Наряду с этим любой член этого сообщество обязан мочь отличать собственных отчужих, чтобы выяснить, какие конкретно биологические сигналы исходят отсходных бактерий, акакие конкретно неимеют значения, и их направляться проигнорировать. Как сообщество, любой вид бактерий обязан определять собственную численность иреагировать наизменяющиеся внешние факторы.
В случае если установленный баланс нарушается, это ведет к формированию заболеваний полости рта.Интригующие результаты показала несколько учёных изБирмингемского университета (University ofBirmingham). Ян Крефт (Jan Kreft) иего коллеги спомощью математической модели продемонстрировали, что концентрация веществ-аутоиндукторов неодинакова впопуляции бактерий. Существуют бактериальные кластеры, каковые окружены более высокой концентрацией аутоиндукторов, чем соседние клетки.
Биолог Стив Дигл (Steve Diggle) удачно развил эту идею, продемонстрировав, что бактерии, расположенные пососедству, значительно чаще имеют неспециализированного прародителя, исходя из этого являются родственниками, участниками одной семьи. Оказалось, что родственные клетки владеют схожим порогом чувствительности каутоиндукторам, что отличается отвторых семей.
Так, семья бактерий может практически пропускать мимо ушей то, очём говорят соседи.Секс нужен для здоровьяДопоследнего времени секс считался привилегией высокоорганизованных существ, втовремя как бактерии, как предполагалось, рамножались лишь несложным делением надве части, надве новые клетки. Нобелевский лауреат Эдуард Тейтем (Edward Tatum) из Йельского университета (Yale University), продемонстрировал, что бактерии также смогут сливаться.
Действительно, случается это лишь по необходимости. Так, линия бактерий кишечной палочки (Escherichia coli), обитающая внорме вкишечнике человека, была подвержена действию рентгеновских лучей. Такое излучение разрушает ДНК ивызывает мутации стяжёлыми последствиями. Врезультате удалось выделить две группы бактерий.
Одна ихних неимела возможность синтезировать нужные для жизнедеятельности витамины, у второй затруднения приводил к синтезу крайне важных аминокислот. При смешении клеток издвух групп удалось взять совсем обычные личности. Получается, что дефектные бактерии слились, дабы ликвидировать мутации ипозаимствовать здоровый генетический материал приятель у приятеля. Данный перенос генов между равноправными особями стал называться горизонтального переноса генов.
Чтобы из двух дефектных групп бактерий кишечной палочки (E. coli), оказались здоровые бактерии, им достаточно заняться сексом, правильнее осуществить горизонтальный перенос генов. Фото: CDC/ National Escherichia, Shigella, Vibrio Reference Unit at CDCГоризонтальный перенос генов разрешает бактериям приобретать отвторых групп бактерий и, быть может, многоклеточных организов эволюционные преимущества.
Вправду, для чего изобретать велосипед, в случае если его возможно ? Систематические изучения вБатском университете (University ofBath) продемонстрировали, что приблизительно 25 из 900 генов, несущих ответственность заобмен веществ убактерии Escherichia coli, были добавлены спомощью горизонтального переноса запоследние сто миллионов лет.Если судить поизучениям, эти гены были заимствованы у достаточно родных видов ипомогли Escherichia coli лучше приспособиться ксоциальной жизни, действеннее общаться в популяции ивыживать перед лицом опасности. Так, благодаря горизонтальному переносу генов бактерии смогут купить устойчивость кантибиотикам.
Изучение социальной судьбе бактерий разрешает учёным осознать, как эти микробы противостоят негативному влиянию внешней среды икак именно умудряются переиграть сильнодействующие лекарственные препараты. Очевидно: дабы сделать ихне сильный ибеспомощными, человеку нужно обучиться разрушать связи вэтом альянсе вредителей. Источник: Около Света